《加工工艺》PPT课件

2020/5/16,1,复合材料科学ScienceofCompositeMaterials,树脂基复合材料及其成型加工技术,2020/5/16,2,树脂基复合材料,树脂基复合材料是指由树脂和纤维增强材料构成的一类复合材料。具有比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好以及便于大面积整体成型和具有特殊的电磁性能等独特优点。树脂基复合材料以其独特的优点，在建筑、舰船、陆地运输、电气、航空航天工业和体育用品等领域得到了大量应用，成为发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。,2020/5/16,3,树脂基体,热固性：经加热固化后不再在热的作用下变软而重复成型的塑料，特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。大多以分子结构为网状的缩聚树脂为基础，加入各种添加成分制成。不饱和聚酯、乙烯基酯、环氧、酚醛、双马来酰亚胺，以及聚酰亚胺树脂。,热塑性：可以多次重复加热变软冷却结硬成型，主要由分子结构为线状或链状的聚合树脂构成。PP，PC,尼龙，聚醚醚酮，聚醚砜,2020/5/16,4,环氧树脂,品种多，能和不同固化剂组成不同的树脂固化体系，室温或高温固化，改性容易，是在复合材料中使用最为广泛的一种树脂。目前使用的环氧树脂有5种基本类型：,2020/5/16,5,树脂基复合材料的成型工艺,1.手糊成型工艺2.层压成型工艺3.缠绕成型工艺4.模压成型工艺5.注射成型工艺6.挤压成型工艺,2020/5/16,6,手糊成型技术,是制造玻璃钢制品最常使用的成型方法。是将玻璃纤维和不饱和聚酯或环氧树脂交互地层铺，粘结在一起。目前大部分的纤维增强塑料制品采用这种方法成型。很少受到制品形状及大小的制约，模具费用也校低。对于那些品种多生产量小的大型制品，手糊成型技术是最适合。,2020/5/16,7,1.手糊成型工艺,2020/5/16,8,1.手糊成型工艺,2020/5/16,9,1.手糊成型工艺,原材料,2020/5/16,10,树脂基体的要求,1.能够配制成粘度适宜的胶液；2.能在室温或较低温度下凝胶、固化，固化过程中无低分子物产生；3.价格便宜，无毒或低毒，来源广泛。,2020/5/16,11,热固性树脂,2020/5/16,12,增强材料,2020/5/16,13,增强材料,2020/5/16,14,辅助材料,玻璃钢手糊成型用辅助材料包括固化剂、促进剂、填料、稀释剂、触变剂和脱模剂等。,2020/5/16,15,辅助材料固化剂,固化剂(催化剂)：不饱和聚酯树脂固化剂过氧化甲乙酮，一般与作为促进剂环烷酸钴配合使用。环氧树脂的室温或中低温固化剂一般为脂肪胺类，如三乙烯四胺、四乙烯五胺和双氰胺等。,2020/5/16,16,促进剂：与过氧化甲乙酮配合使用的不饱和聚酯树脂固化促进剂，最常用的是环烷酸钻。,辅助材料促进剂,2020/5/16,17,加入填料的目的是为了降低固化收缩率和热膨胀系数，减少固化时的发热量以防龟裂，改善制品的耐热性。电性能、耐磨耗性、表面平滑性及遮盖力，提高粘度或赋予触变性，降低成本。碳酸钙、石棉、铅粉；石英粉；三氧化二铝粉、二氧化钛、玻璃微球：短切玻璃纤维、滑石粉、炭黑等。加入石英粉、三氧化二铝扮可提高压缩强度；使用二氧化钛粉可提高粘附力“，加入炭黑可提高导电性；滑石粉、石膏粉可降低成本井减少树脂的固化收缩。,辅助材料填料,2020/5/16,18,在树脂中加入触变剂可使树脂具有触变性。所谓触变性，就是指在混合搅拌、涂刷时，树脂粘度变低，而静止时粘度又变高。具有触变性的树脂在立面上成型玻璃钢时，可以防止树脂流挂、滴落和麻面，使成型操作更易进行。活性二氧化硅是常用的触变剂，膨润士也是常用的触变剂。,辅助材料触变剂,2020/5/16,19,脱模剂作用：便于脱模，同时可使制品表面平整光洁，也保证模具完好无损选择：非极性或弱极性物质种类：薄膜型：聚四氟乙烯、硅纸、PET溶液型：过氯乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、醋酸纤维素、硅橡胶油腊型：硅酯，凡士林,辅助材料脱膜剂,2020/5/16,20,2020/5/16,21,1原材料准备必须淮备好所用的原材辑、增强材料和树脂胶，这是保证成型工作顺利进行的基础。玻璃纤维布一般须预先剪裁，树脂胶液的配制，模具的准备，,1.手糊成型工艺,2020/5/16,22,2模具的准备,1.手糊成型工艺,2020/5/16,23,模具,基本要求：1.要符合制品设计的精度要求2.要有足够的强刚度3.要容易脱模4.成本低,2020/5/16,24,模具,阴模阳模对模拼装模,外表面,内表面,内外表面,2020/5/16,25,3胶衣层的准备：为了改善玻璃钢制品的表面质量，延长使用寿命，在制品表面往往需一层树脂含量较高的通常称为胶衣层的面层。胶衣层质量的优劣对制品的耐气候性、耐水性和耐化学性能影响很大。,1.手糊成型工艺,2020/5/16,26,1.手糊成型工艺,4糊制与固化：,2020/5/16,27,1.手糊成型工艺,喷射成型,喷射成型是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到摸具上而获得玻璃钢的工艺方法。,2020/5/16,28,手糊成型技术是制造玻璃钢制品最常用的成型技术，它很少受制品形状及大小的制约，特别适宜于品种多、生产量小的大型玻璃钢制件的生产，在船舶、建筑、汽车等领域得到了广泛的应用。,手糊成型技术的应用,2020/5/16,29,2.压力模压成型工艺,压力模压是塑料工业中最古老的一种成型技术，它在热塑性树脂和橡胶成型中广泛应用。高强片状模塑料(简称SMC),无需特殊的模具。,2020/5/16,30,2.压力模压成型工艺,三个基本步骤,坯料准备和铺叠闭模固化,将完全熟化的SMC卷按所需形状和大小切割成片，然后将SMC片的聚乙烯薄膜撕去，在模具外铺贴好组合成坏料。,在坯料放入到下模体后，上模体快速下降到和坯料上表面接触，然后上模体以一个缓慢的速率闭模,在模腔已经充满后，模具继续保持闭合一段时间以保证一个合理的固化程度。取决于树脂催化剂抑制剂的反应性制件厚度，模具温度，固化时间可从一分到数分不答。当达到一定固化程度后，上摸打开，利用一顶出销把制件顶出,2020/5/16,31,2.压力模压成型工艺改善,2020/5/16,32,2.压力模压成型应用,1.汽车轮:一般使用碳钢制造它由轮圈和轮盘组成。然后焊接成整体采用组合模具可一次模压成型SMC复合材料车轮。图320是汽车车轮模压模具结构图，它由止、下模和二个侧滑块组成。,2020/5/16,33,2.压力模压成型应用,1.航空发动机分流环:采用LP15耐高温聚酰亚胺树脂，以G827碳布作为增强材料，利用模压技术制备了发动机复合材料分流环。和钛合金分流环相比复合材料分流环整体性表面质量高，实现了40以上的减重效率。,2020/5/16,34,3.树脂传递模塑(RTM)成型技术,RTM技术是一种适宜多品种、中批量、高质量复合材料制品生产的低成本成型技术，近年来得到迅速发展。和其他传统复合材料生产技术相比，RTM技术有许多优点。,2020/5/16,35,优点,1.能够制造高质量、高精度、低孔隙率高纤维含量的复杂复合材料构件无需胶衣树脂也可获得光滑的双表面，产品从设计到投产时间短，生产教率离。,2.RTM模具和产品可采用CAD进行设计，摸具制造容易，材料选择范围广。3.RTM成型的构件与管件易于实现局部增强以及制造局部加厚的构件，带芯材的复合材料能一次成型。4.RTM成型过程中挥发分少，有利于劳动保护和环境保护。,2020/5/16,36,预制件的制造将增强纤维按要求制成一定形状，然后放人模具中。,充模在一定条件下将树脂注入模具，树脂在浸渍纤维增强体的同时将空气赶出。,固化,开模,RTM工艺过程,2020/5/16,37,RTM用树脂基体和增强体,粘度较低的树脂：不饱和聚酯树脂，乙烯基树脂，环氧树脂，热塑性树脂,增强体限制较小：玻璃纤维，芳纶纤维，碳纤维,2020/5/16,38,4.缠绕成型工艺,将连续纤维浸渍树脂胶液后，按照一定规律缠绕到芯模上，然后加热或常温固化。,压力容器管道军工制品,2020/5/16,39,有许多可供选择的材料。常用的纤维包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维。常用的树脂为热固性聚酯、乙烯基酯、环氧和酚醛树指。成型方法可简单地分为湿法(纤维在缠绕过程中浸渍树脂)或干法(预浸纤维束/带)缠绕。,4.缠绕成型工艺,2020/5/16,40,在螺旋缠绕中，纤维束从一个水平移动的绕丝嘴缠绕到一个转动的芯模,纤维缠绕技术,2020/5/16,41,纤维缠绕技术,平面缠绕又称极缠绕。在平面统绕中，纤维供给系统在单一平面内移动，而芯模则在面内转动。,2020/5/16,42,注射成型过去称为压铸成型，是十九世纪五十年代由金属的熔融压铸原理发展开来的一种重要的塑料加工手段。现在，用这种成型方法制得的制品品种之多，花样之繁，是其他成型方法如压塑成型、压延成型、吹塑成型、浇注成型等等所望尘其及的。当然，包括注射成型在内，无论那一种成型，都必须经历熔化塑制成型这样的加工步骤。,5.注射成型工艺,2020/5/16,43,成型过程,塑料原料颗粒经注射机料斗进入料简，受到热力及剪切力的塑化作用，熔化成流动状态，在注射机的往塞或螺杆的推动下，以较高的压力和较快的速度，通过一个狭小的喷嘴注射入温度较低的闭合棋具内，经过横具的散热冷却，熔融体凝固硬化，当开启模具时，得到的是与模腔形状完全一致的塑科制品。,2020/5/16,44,5.注射成型工艺,2020/5/16,45,注射机,柱塞式注塑机用柱塞将料筒内塑料向前推送，使之通过分流梭，再经喷嘴注入模具。,2020/5/16,46,5.注射成型工艺,螺杆注塑机是在柱塞注塑机的基础上发展出来的。区别在料筒内以旋转的螺杆代替平推的柱塞，整个塑料流充填在料筒内壁和螺槽底之间的空隙，造成一个向前卷进的薄扁带。,2020/5/16,47,优点,其一是塑化能力高，塑化效果好；其次是塑料成型温度低；从工艺的角度上来考虑，螺秆机也有一些突出的优点，如注射压力损耗小注射速度高，充模均衡等；总之在同样注射量情况下，螺杆式机比柱塞式机生产效率高，产品质量好。,2020/5/16,48,5.注射成型工艺,2020/5/16,49,5.注射成型工艺,2020/5/16,50,6.挤出成型工艺,在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法称挤出成型或挤塑。挤出成型加工的主要设备是挤出机，此外，还有机头口模及冷却定型牵引、切割、卷取等附属设备。塑料在挤出机内熔融塑化，通过口模成为所需要的形状，经冷却定型而得到与口模断面形状相吻合的制品。,2020/5/16,51,优点,同其他成型方法相比，挤出成型具有以下突出优点：设备成本低，制造容易，因此投资少，上马快。生产效率高。挤出机的单机产量较高，如一台直径65mm的挤出机，生产聚乙烯薄膜，年产量可达300t以上。可以连续化生产。能制造较长的管材、板材、型材、薄膜等。而且产品质量均匀、密实可以一机多用。一台挤出机，只要更换机头口模，就能加工多种塑料制品。挤出机也能进行混合、塑化、造粒。挤出机与压延机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产模压制品。,2020/5/16,52,挤出设备,挤出生产线通常由挤出机、辅机及其控制系统组成，这些组成部分也统称为筋出机组。,2020/5/16,53,挤出机,随着塑料挤出成型法的广泛应用和发展，挤出机的类型日益增多。1.根据螺杆的数量分：无螺杆挤出机、单螺扦挤出机双螺杆挤出机、多螺杆挤出机。2.根据螺杆的转速分：普通挤出机、高速挤出机、超高速挤出机。3.根据安装位置分：卧式挤出机、立式挤出机。4.根据装配结构分：整体式挤出机、分开式挤出机。此外，还有排气式挤出机混炼挤出机、两段式挤出机等。,2020/5/16,54,单螺杆挤出机,2020/5/16,55,螺杆分段,加料段：对塑料进行预热、压实和输送,熔融段：使塑料进一步压实和塑比，使包围在塑料内的空气压回到加料口处排出，并改善塑料的热传导性能,均化段：塑料进入均化段后将进一步塑化和均匀化，并使之定量、定压。定温地从机头挤出,2020/5/16,56,6.挤出成型工艺,2020/5/16,57,7.层压成型工艺,2020/5/16,58,7.层压成型工艺,浸渍,如何将胶液浸渍到布、纱线、纤维的微细表面？渗透与吸附,20